Исследование теплового состояния деталей дизеля в трехмерной постановке с применением экспериментальных граничных условий

• Автор: Онищенко, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил

Оглавление

Перечень условных обозначений.
Введение
Глава 1. Краткий анализ методов исследования теплонапряженного состояния деталей ДВС
1.1. Постановка краевой задачи теплопроводности для деталей ДВС
1.2. Методы определение граничных условий
1.2.1.Экспериментальный метод определения граничных условий
1.2.2. Влияние заделки датчика на температурное поле в зоне измерения
1.3. Определение граничных условий на основе обратной задачи теплопроводности
1.4. Роль нагара в процессе теплообмена в поршневых двигателях
1.5. Особенности использования численных методов для расчета теплового состояния поршня
1.6. Особенности решения краевой задачи для трехмерной
постановки
Выводы к первой главе и постановка задачи
исследования
Глава 2. Расчет температурных полей деталей камеры сгорания
быстроходного дизеля
2.1 .Расчет температурных полей поршня быстроходного
дизеля
2.1.1. Расчет теплового состояния поршня с осесимметричными граничными условиями
2.1.2. Расчет теплового состояния поршня с экспериментальными граничными условиями
2.1.3. Расчет теплового состояния поршня со слоем нагара
2.1.4. Расчет теплового состояния поршня со слоем лака
2.1.5. Расчет теплового состояния поршня со слоем нагара и лака

2.1.6. Сравнительный анализ влияния нагара и лака на тепловое
состояние поршня с применением граничных условий третьего рода
2.2. Расчет температурных полей гильзы быстроходного дизеля
2.2.1. Расчет температурных полей гильзы быстроходного
дизеля с применением расчетно-экспериментальных граничных условий
2.2.2. Расчет температурных полей гильзы быстроходного дизеля с применением расчетно-экспериментальных граничных условий с учетом
слоя накипи со стороны охлаждающей жидкости
Выводы к главе
Глава 3. Расчетно-экспериментальное определение нестационарных тепловых нагрузок на тепловоспринимающей поверхности поршня
3.1. Нестационарные тепловые нагрузки на тепловоспринимающей поверхности поршня
3.2. Расчет локальных нестационарных температур рабочего тела
в объеме камеры сгорания
3.3 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны камеры
сгорания
Выводы к главе
Глава 4. Экспериментальное исследование термических граничных условий и теплового состояния деталей быстроходного дизеля
4.1. Влияние различных факторов на распределение локальных тепловых нагрузок в камере сгорания
4.2. Экспериментальное исследование поршня двигателей семейства КамАЗ
4.3. Экспериментальное исследование гильзы двигателей семейства КамАЗ
4.4. Исследование влияния слоя накипи на тепловое состояние гильзы
Выводы к главе
Основные выводы к диссертационной работе
Список литературы

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ Сокращения
МКЭ - метод конечных элементов;
МКР - метод конечных разностей;
МКО - метод контрольных объемов;
ГУ - граничные условия;
КС - камера сгорания;
ЦПГ- цилиндропоршневая группа;
ИМТК - измеритель максимальной температуры кристаллический; ВМТ - верхняя мертвая точка;
НМТ - нижняя мертвая точка;
Г1К - персональный компьютер;
ОЗТ - обратная задача теплопроводности.
Условные обозначения
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К);
/i - теплопроводность, Вт/(мК); р - плотность, кг/м3; т - время, с;
8 - толщина слоя, мм;
Ne - Эффективная мощность, кВт ; п - частота вращения коленчатого вала, мин- ';
S - ход поршня, см;
D - диаметр цилиндра, см;
Т0хл ~ температура охлаждающей жидкости, °С;

высокую твердость, обладают хорошей адгезией к поверхности металла, и характеризуются очень низким коэффициентом теплопроводности, что, естественно, очень сильно влияет на тепловое состояние деталей, образующих камеру сгорания, и как следствие на их работоспособность. На первый взгляд, возникновение отложений нагара, естественного теплоизолятора в камере сгорания, является положительным фактором, так как должно снижать теплоотдачу от рабочего тела, и как следствие повышать индикаторный КПД дизеля, более того в 80-е годы в двигателестроении возникла целая концепция по, так называемой ,«адиабатизации» дизелей. Данная концепция предполагала нанесение искусственных теплоизоляторов, таких, как оксид циркония на днище поршня, головку и клапана, как раз с целью уменьшения теплоотвода. Но проведенные исследования, показали, что эффективность данных мер невысока, так как это приводило к резкому уменьшению пограничного слоя и увеличению коэффициента теплоотдачи, по сравнению с ожидаемым, а также это приводило к повышению температуры выпускных газов, и как следствие, уменьшению ресурса турбины и выпускного тракта. Что же касается естественных теплоизоляторов, таких, как нагар, то его влияние на тепловое состояние деталей КС является крайне отрицательным. Во-первых, нужно принять во внимание вышеперечисленные факторы, а во-вторых, образование нагара носит локальный характер, что является следствием несимметричности граничных условий со стороны газа. Действительно, в случае гетерогенной смеси локальные образования сажи существенным образом зависят от направления топливных факелов и интенсивности закрутки заряда. В результате происходит неравномерное перераспределение сажистых отложений на огневых поверхностях крышки и днища поршня. Это приводит к перераспределению тепловых потоков в теле поршня и головки и как следствие к возникновению таких негативных явлений, как изменение зазора в сопряжении цилиндр - поршень, а также, к так называемому, сползанию